鋼吊箱圍堰在橋梁樁基施工中的應(yīng)用研究

王波

綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川綿陽(yáng) 621000

摘要：近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展同時(shí)也帶動(dòng)了交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，一大批跨越江河湖海的大跨度的深水型橋梁逐漸被建設(shè)起來(lái)。其中，深水構(gòu)筑物的基礎(chǔ)施工是深水橋梁的施工難點(diǎn)。鋼圍堰、鋼吊箱在目前來(lái)說(shuō)是深水構(gòu)筑物的基礎(chǔ)施工的主要形式。同普通的鋼圍堰比較，鋼吊箱施工的工期短、水流的阻力小，通航便利、施工工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛的采用在深水橋梁樁基施工中。筆者結(jié)合京滬高速鐵路濟(jì)南黃河公路大橋深水橋梁樁基施工，對(duì)鋼吊箱圍堰在橋梁施工中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：鋼吊箱圍堰；深水橋梁樁基；施工技術(shù)

1.鋼吊箱圍堰的結(jié)構(gòu)類(lèi)型比選

目前，國(guó)內(nèi)橋梁的施工難度越來(lái)越大，更多類(lèi)型的跨越海峽的橋梁不斷出現(xiàn)，所以如何在深水環(huán)境下進(jìn)行橋梁樁基施工，也是亟待解決的問(wèn)題。承臺(tái)是樁基重要的組成部分，施工的難度大、環(huán)境惡劣。對(duì)該部分的工程進(jìn)行針對(duì)性的施工前期準(zhǔn)備是保證該工程項(xiàng)的實(shí)施順利的保證。首要工作是確定鋼圍堰的結(jié)構(gòu)形式，本文通過(guò)對(duì)選用單壁圍堰和雙壁、有底的吊箱和無(wú)底的圍堰側(cè)包底和底包側(cè)的結(jié)構(gòu)形式。等方面對(duì)圍堰常見(jiàn)的鋼圍堰的形式進(jìn)行了比選。

（1）雙壁鋼吊箱和單壁鋼吊箱比選

雙壁鋼吊箱圍堰的優(yōu)點(diǎn)為：隔水效果好，吊箱剛度大，由于是雙壁結(jié)構(gòu)，所以吊箱在水中可實(shí)現(xiàn)自浮、易定位、易調(diào)整，適用于水深流急處，且可以作為防撞設(shè)施。但與普通吊箱結(jié)構(gòu)相比，作為雙壁鋼吊箱拼裝工序、加工制作較為復(fù)雜，且鋼材用量相對(duì)較多。

單壁鋼吊箱圍堰有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)為：在單壁鋼吊箱的制作過(guò)程中拼裝浮運(yùn)方便、加工制作較簡(jiǎn)單、用鋼量較少。缺點(diǎn)為：在水中定位調(diào)整比較困難，由于是單壁結(jié)構(gòu)，剛度較小，容易漏水，在水深流急區(qū)域使用風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大。

從國(guó)內(nèi)外一些橋梁樁基的施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，一般小型承臺(tái)的施工多使用單壁鋼吊箱。另外，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的水文、地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查分析可得出，現(xiàn)場(chǎng)河流流速過(guò)快的鋼吊箱需具有剛度大且易于定位的要求。最終選用雙壁結(jié)構(gòu)。

（2）無(wú)底鋼圍堰與有底鋼吊箱比選

無(wú)底鋼圍堰的優(yōu)點(diǎn)是：鋼材用量相對(duì)較小，圍堰在下沉?xí)r受干擾較小，施工中不受樁基影響，整個(gè)圍堰承受荷載較小且圍堰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而缺點(diǎn)就在于由于無(wú)底，故在施工過(guò)程中封底混凝土容易流失。且為了保證施工環(huán)境的干燥，圍堰的刃角需入河床，對(duì)地質(zhì)要求比較高，同時(shí)圍堰下沉施工定位難度比較大。

有底鋼吊箱的優(yōu)點(diǎn)是：在圍堰施工過(guò)程中，利用鋼護(hù)筒定位，所以圍堰的定位精度比較高。在吊箱下沉的時(shí)候，由于是密封的箱體結(jié)構(gòu)，所以底部的封底混凝土不會(huì)出現(xiàn)流失現(xiàn)象，同時(shí)受地質(zhì)情況影響較小。缺點(diǎn)就在于有底鋼吊箱用鋼量大，吊箱承受荷載較大，構(gòu)造較為復(fù)雜。同時(shí)吊箱在下放過(guò)程中會(huì)受到橋梁下部樁基的影響，施工難度較高[8]。

濟(jì)南的黃河大橋的橋梁基礎(chǔ)，該橋址位置水深流速較快，水底分布大量的石塊，從地質(zhì)條件來(lái)看，河床位置為松軟的土層，影響鋼圍堰的施工。綜合兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的優(yōu)缺點(diǎn)的具體因素和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，最后采用有底圍堰結(jié)構(gòu)。

（3）側(cè)包底的結(jié)構(gòu)形式和底包側(cè)的結(jié)構(gòu)形式的比選

側(cè)包底的結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)：底板與側(cè)板進(jìn)行交叉作業(yè)，工期縮短，現(xiàn)場(chǎng)的焊接量減少，保障了焊接的質(zhì)量。底包側(cè)的結(jié)構(gòu)形式施工的工期較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)的焊接量增大，不能保障焊接的質(zhì)量。根據(jù)對(duì)工程實(shí)際情況進(jìn)行分析，側(cè)包底結(jié)構(gòu)形式明顯縮短了施工工期。為保障施工現(xiàn)場(chǎng)的焊接的質(zhì)量，要求專(zhuān)業(yè)的焊工對(duì)壁板和底板進(jìn)行焊接。鋼吊箱因此采用側(cè)包底的結(jié)構(gòu)形式。

2.鋼吊箱圍堰施工工藝比選

由于施工現(xiàn)場(chǎng)所處環(huán)境較為復(fù)雜，如何確保鋼吊箱能夠按照要求運(yùn)送到指定的橋址位置是較關(guān)鍵的問(wèn)題，這就需要進(jìn)行鋼吊箱施工工藝的比選。鋼吊箱施工工藝比選的內(nèi)容包括鋼吊箱整體吊裝吊箱的施工工序主要包括加工拼裝、下沉就位、堵漏、封底混凝土澆筑、承臺(tái)施工等。

（1）加工拼裝形式比選

目前，對(duì)于大型的鋼吊箱圍堰的加工拼裝常采用整體吊裝和現(xiàn)場(chǎng)拼裝兩種形式。

所謂整體吊裝，是將整個(gè)承臺(tái)分為三個(gè)整體依次進(jìn)行吊裝而成。整體吊裝的優(yōu)點(diǎn)在于與其他分項(xiàng)工程交叉施工、可以較好的節(jié)省工期，由于將承臺(tái)分為三部分分塊進(jìn)行吊裝，分塊下放風(fēng)險(xiǎn)較小，同時(shí)可以有效的減少現(xiàn)場(chǎng)的焊接工作量。但是這類(lèi)加工形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的浮吊設(shè)備要求較高，由于2號(hào)主墩面積較大，故吊箱所需的加工場(chǎng)地較大。

現(xiàn)場(chǎng)拼裝是指將整個(gè)承臺(tái)分為較多的小塊進(jìn)行拼裝，同時(shí)對(duì)吊裝設(shè)備的要求較低，加工形成的鋼圍堰整體性和防水性相對(duì)較好，圍堰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋼材用量相對(duì)較少。但由于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行散拼，現(xiàn)場(chǎng)的焊接量較大，這就對(duì)焊接質(zhì)量有較高的要求。

通過(guò)實(shí)際勘察發(fā)現(xiàn)，橋址附近有較大的場(chǎng)地進(jìn)行鋼吊箱整體的加工。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，可聘用專(zhuān)業(yè)的焊工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接以確保鋼吊箱的焊接質(zhì)量。考慮上面的因素，選擇整體吊裝工藝。

（2）下沉就位方式比選

國(guó)內(nèi)外對(duì)于鋼吊箱圍堰下沉就位的方式主要有分節(jié)下放和整體下放兩種形式。

鋼吊箱分兩節(jié)，下放拼裝完成后的第一節(jié)鋼吊箱能入水自浮，加水下沉第二節(jié)完成拼裝的鋼吊箱到規(guī)定位置是鋼吊箱的分節(jié)下放。這類(lèi)形式的工藝較成熟，施工極為方便，對(duì)下放設(shè)備的要求相對(duì)較小，而且由于分節(jié)進(jìn)行，所以每次下放的重量較小，風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)較小。但由于分節(jié)進(jìn)行吊箱的下放，整個(gè)吊箱施工的周期會(huì)較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)的拼裝質(zhì)量較差。

鋼吊箱的各結(jié)構(gòu)在水面以上被拼裝成整體后下放到規(guī)定的位置是鋼吊箱的整體下放。用這類(lèi)方式進(jìn)行下沉就位，圍堰的整體剛度較好，拼裝速度較快，有利于縮短工期。但對(duì)千斤頂設(shè)備要求較高，單次下放重量大，下放風(fēng)險(xiǎn)較高，目前我國(guó)這類(lèi)大型鋼吊箱圍堰整體下放的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少。

由于分節(jié)下放的工藝成熟，施工方便，并且對(duì)下放的起吊設(shè)備要求不高，下放的風(fēng)險(xiǎn)較小。結(jié)合上述原因，本工程采用分節(jié)下放的下放工藝。

3.雙壁鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)的圍堰結(jié)構(gòu)相比，鋼吊箱的圍堰結(jié)構(gòu)具有施工的工期短、受水流影響較小、不影響通航、材料的用量少、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，近幾年在橋梁的承臺(tái)施工中廣泛采用。例如三門(mén)江大橋21、22號(hào)主墩基礎(chǔ)施工、淺海涌特大橋7、8號(hào)橋墩基礎(chǔ)施工、重慶繞城高速長(zhǎng)江大橋主墩基礎(chǔ)施工、荊沙大橋3號(hào)主塔墩基礎(chǔ)施工、湖北鄂黃大橋主橋6號(hào)墩基礎(chǔ)施工都采用了鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)。濟(jì)南黃河大橋2號(hào)主墩鋼吊箱平面尺寸50m×36m。本章將主要結(jié)合濟(jì)南黃河大橋2號(hào)主墩的工程背景對(duì)本工程所采用雙壁鋼吊箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）底板結(jié)構(gòu)

底板是區(qū)分鋼吊箱圍堰和普通鋼圍堰最主要的特征，在圍堰中主要承受豎向荷載。濟(jì)南黃河大橋2號(hào)主墩，其鋼吊箱采用分配梁底板結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)組成：面板15mm，主梁HN500×200、HN400×180，上層底板次梁∟l20×75×20，下層底板次梁∟120×75×20，底板桁架上弦桿2[20b、豎桿[18b、斜桿2[14a、上平連∟75×6。

（2）壁板結(jié)構(gòu)

壁板在鋼吊箱中主要承受靜水壓力、水流及波浪的沖刷作用。濟(jì)南黃河大橋基礎(chǔ)施工為了便于鋼吊箱的就位下沉，均采用雙壁鋼吊箱結(jié)構(gòu)施工。2號(hào)主墩鋼吊箱壁板，由3節(jié)組成，首節(jié)高度為5.0m，次節(jié)高度為4.4m，第三節(jié)高度為6.6m。其結(jié)構(gòu)組成為：內(nèi)壁板6mm，外壁板8mm，組合箱梁翼緣板20mm、腹板16mm，縱向次梁∟75×50×6，隔艙板12mm，隔艙板加強(qiáng)角鋼∟75×50×6，環(huán)板厚20mm，內(nèi)外壁板橫撐∟80×8、∟90×10、∟100×10、∟125×10。

（3）內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)

本工程的內(nèi)支撐主要由內(nèi)圈梁、水平撐桿及豎向支架三部分。內(nèi)支撐主要承受?chē)邆?cè)板傳遞來(lái)的荷載，同時(shí)傳遞到水平撐桿。水平撐桿作用是減小側(cè)板位移。豎向支架焊接在底板的底端，其上端與水平撐桿相連。內(nèi)撐桿采用1200×l4鋼管，豎向支架采用空間桁架結(jié)構(gòu)，由∟85×10和∟